KR20130115521A - 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법 - Google Patents

고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎을 주원료로 하여 세척하는 제1단계; 상기 제1단계의 고추와 부산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균하는 제2단계; 상기 제3단계의 고추와 부산물을 배양조 상에서 발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 혼합물을 생성하는 제3단계; 상기 제3단계의 혼합물을 발효실 상에서 인큐베이터를 이용하여 고체 상태에서 1차 생물반응을 거쳐 발효물을 생성하는 제4단계; 상기 제4단계의 발효물을 건조하여 절단 및 파쇄하고, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균하는 제5단계; 상기 제5단계의 발효물을 발효조 상에서 식용발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 발효혼합물을 생성하는 제6단계; 상기 제6단계의 발효혼합물을 생물반응기(bioreactor) 상에서 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제7단계; 상기 제7단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 식용발효미생물을 멸균하는 제8단계; 상기 제8단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제9단계; 및 상기 제9단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제10단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎 등을 발효 미생물을 이용하여 고체/액체 발효 생물공정을 거쳐 발효산물을 취득하여, 고추의 유용성분이 함유된 소스원료 및 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있고, 고추의 유용성분이 최대한 인체내에 쉽게 흡수 가능하여 저비용으로 고부가성 물질을 대량 가공으로 양산 가능한 효과가 있다.

Description

고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법{Method for preparing composition comprising fermented by using of red pepper and by-products}
본 발명은 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎 등을 발효 미생물을 이용하여 고체/액체 발효 생물공정을 거쳐 발효산물을 취득하여, 소스원료를 비롯하여 화장품원료, 식품원료, 음용원료 및 의약 외용제 원료 등에 활용할 수 있는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고추의 효능은 위액 분비 촉진, 식욕 돋움, 혈액 순환 촉진, 거담작용, 진통작용이 있는 알려져 있는데, 이는 고추의 매운맛이 위산의 분비를 촉진하면서 입 안과 위를 자극해 여름철 잃어버린 입맛을 되찾아 주고, 매운맛을 내는 캡사이신이 혈액순환을 촉진해 혈액의 흐름이 좋지 않아 생기는 신경통을 치료하는 데 도움을 준다. 이러한 캡사이신(capsaicin)은 체지방을 분해하고 지방을 연소시키는데, 즉 기름의 산패를 막고 젖산균의 발육을 도우며, 입안과 위를 자극 체액의 분비를 촉진, 식욕을 증진, 혈액의 순환을 촉진, 신경통치료 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.
더구나 고추, 고추잎, 고추꼭지에는 비타민 A가 함유되어 호흡기 계통의 감염에 대한 항균력, 저항력과 면역력을 증진시켜 감기를 예방하면서 회복을 돕고, 비타민 B와 C가 풍부하여 시력을 좋게 하는 베타카로틴이 함유되어 많아 밤눈을 밝게 한다. 특히 비타민C가 함유되어 항바이러스 작용을 하여 몸 속 감기 바이러스를 죽여 치유를 빠르게 하고, 면역력을 높여 감기 등의 감염들에 잘 걸리지 않게 한다. 또한 고추의 매운 성분인 캡사이신은 이러한 기능을 하는 비타민의 산화를 막아주며 에너지 대사를 항진시켜 내장 기능을 활성화해 면역기능을 높여주기도 한다.
한편, 노벨상을 두 번이나 수상한 최고의 과학자 라이너스 폴링(Linus Carl Pauling)박사는 값싸고, 부작용이 없으며 가장 효과가 확실한 감기약으로 비타민C를 꼽았는데, 풋고추와 고추잎, 고추꼭지에는 사과의 20배에 달하는 비타민C가 함유되어있다.
이러한 고추와 부산물의 영양성분은 풋고추/건고추에 따라 다르지만, 고추의 붉은 색소는 주로 캡산틴(capsanthin:C40H56O3), β-카로틴, 루테인(lutein), 크리프토산틴(cryptoxanthin)등과 과피에는 아데닌(adenine), 베타인(betaine), 코린(choline) 등의 염기 함유되어 있으며, 매운 맛은 캡사이신(capsaicin)이라는 성분 있고, 영양성분으로는 열량(kcal) 33.0/328.0, 수분(g) 91.2/13.3, 단백질(g) 1.4/14.0, 지질(g) 1.2/11.4, 당질(g) 2.3/23.1, 섬유질(g) 3.3/23.1, 회분(g) 0.6/32.6, 칼슘(mg) 7.25/5.6, 인(mg) 0.7/7.0, 철(mg) 2.0/250.0, 나트륨(mg) 270.0/6.5, 칼륨(mg) 0/16.0, 레티놀 200.0/2700.0, 카로틴 2000.0/0, 비타민A(IU) 1100.0/20000.0, 비타민B1(IU) 0.05/11000.0, 비타민B2(mg) 0.13/0.5, 나이아신(mg) 1.3/13.0, 비타민C(mg) 22.0/100.0 이 포함되어 있어 인체에 유익한 영양을 가지고 있다.
이러한 고추의 효능 중 진통효과에 대한 연구는 1940년대 후반, "캡사이신이 처음에는 매운 자극을 주지만 시간이 지나면서 고통을 진정시키는 작용을 한다."는 사실이 밝혀졌는데, 캡사이신은 체내 신경말단에서 통증전달물질로 알려진 'P물질'을 따로 떨어뜨려 고갈시킴으로써 진통효과를 보인다. 이런 사실이 밝혀지면서 캡사이신 유도체를 합성해 새로운 진통제를 개발하려는 연구가 활발하게 추진됐다. 1999년 말, 한국화학연구소는 기존의 캡사이신 계열 화합물과 달리 자극성이 적은 비마약성 진통제를 개발했다. 그리고 덴마크의 통증 전문의 에스케 아스방 박사는 2007년 미국마취학회 학술회의에서 「개복 탈장수술 환자 41명을 대상으로 한 연구결과 일부에게서 봉합 전 수술 상처에 캡사이신을 투여한 환자가 수술 후 3일 동안 다른 환자에 비해 통증을 덜 느꼈다」고 밝혔다.
또한, 항암효과에 대한 연구는 서울대 약대 서영준 교수는 「캡사이신이 항암효과가 뛰어나다」는 연구결과를 발표했는데, 서교수 팀이 피부암 세포를 주사한 쥐에게 캡사이신을 바른 결과, 그 중 60%만 피부암으로 발전하고, 캡사이신을 바르지 않은 쥐는 100% 피부암에 걸렸다. 또한 영국 노팅엄대학 의과대 티모시 베이츠 교수 팀도 「캡사이신이 암세포에서 에너지를 생명활동에 필요한 형태로 전환시키는 미토콘드리아는 파괴하지만 건강한 세포는 건드리지 않는다」는 사실을 밝혀냈다. 미국 세다스-시나이 메디컬센터의 소렌 레먼 박사는 「캡사이신이 전립선암 세포의 자살을 유도한다」는 연구결과를 2006년 《암연구》에 발표했다. 레먼 박사는 「유전조작을 통해 사람의 전립선암 세포를 갖게 된 쥐들을 대상으로 캡사이신을 투여한 결과, 암세포의 80%가 스스로 죽고 종양이 크게 축소됐다」고 했다. 그러나 이미 1990년대에 "한국인의 고추 섭취량과 위암 발생률은 상관이 없다"는 연구결과가 보고된 바 있다.
또한, 스트레스 해소 효과에 대한 연구는 고추를 먹으면 운동한 직후처럼 땀이 나고 개운한데, 이는 캡사이신에 의해 신체의 신진대사를 활발하게 하고 혈류량을 증가시키기 때문이고, 뇌신경을 자극해 엔돌핀을 분비시킴으로써 스트레스를 해소시키는 역할을 한다. 그리고 식욕증진 효과에 대한 연구는 캡사이신이 입안의 침샘을 자극해 침을 돌게 하여 위액분비를 높여 식욕을 자극하고, 빨간 음식은 시각적으로도 침샘을 자극해 식욕을 느끼게 하는 역할을 한다.
더욱이, 다이어트 효과에 대한 연구 또한 효과가 있다고 보고되어 있는데, 동덕여대 식품영양학과의 연구결과에 따르면, 사람에게 고추 발효 추출물을 8주 동안 먹였더니 체중은 2.7kg, 체지방은 1.8kg이 감소했음이 드러났다. 이는 캡사이신이 지방세포에 작용해 몸속 지방을 연소하고, 결과적으로 체중감량에 도움이 되는 것이다. 그리고 군산대 식품영양학과 주종대 교수는 「캡사이신은 지방을 연소하는 효과가 있으므로 다이어트에 도움이 된다」고 주장했다.
이외에도, 고추는 남성들의 정력증진 효과도 입증되었는데, 캡사이신은 중추신경을 자극해 부신피질에서 아드레날린 분비를 촉진시켜 심장박동을 높이는데 이로 인해 피의 흐름이 원활해져 정력 증진에 도움이 된다. 특히 아드레날린은 모세혈관을 수축시키고 에너지 대사를 좋게 하기 때문에 고추를 먹으면 흥분제로서의 효과도 기대할 수 있다.
이와 같이 고추는 영양학적 가치와 약학적 가치 및 치료학적 가치를 인정받아 각광받고 있어 고추의 무한변신을 요구하기도 한다. 최근 들어 건강에 좋은 기능성 고추가 속속 개발되고 있다. 전남대 김길용 교수팀은 일반 고추보다 캡사이신이 2~4배 많은 친환경 기능성 고추를 선보였다. 직접 개발한 게 껍질과 쌀겨 등을 이용한 미생물 제제를 사용해 고추를 재배한 결과다.
그리고 전남농업기술원에서 이 고추를 분석한 결과, 일반 고추에 비해 캡사이신은 2~4배, 세로토닌은 4배, 페루로일세로토닌은 5.8배 증가한 것으로 확인됐다. 또한 천연식물 추출액(NPGC)으로 재배해 폴리페놀 함량이 높은 고추도 있다. 이 고추는 경북대 농업과학기술연구소에서 분석한 결과, 일반 고추보다 폴리페놀 성분이 47% 가량 더 많이 들어 있는 것으로 나타났다. 또한 당뇨병에 도움이 되는 고추도 출시되고 있다. 농촌진흥청 원예연구소가 개발한 당조고추가 그것이다. 당조고추에는 탄수화물 소화흡수 저하물질(AGI)이 많이 함유돼 있다.
이처럼 고추, 고추씨, 고추꼭지, 고추잎 등은 전체를 버릴 것이 없을 만큼, 경제적 이용가치가 높아, 경제적 소득을 올려주는 우수한 식물이다. 고추, 고추씨, 고추꼭지, 고추잎 등의 상업적 이용가치는 생 건과, 식초, 화장품, 비누, 샴푸, 술. 차잎의 제조, 고품위 식료첨가물 등으로 응용할 수 있어 지금도 여러 방향과 형태로 연구되고 있다.
한편, 이와 관련된 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-0567570호의 "고추술의 제조방법", 한국 등록특호공보 제10-0777627호의 "고추성분이 함유된 동동주 및 이의 제조방법", 한국 등록특허공보 제10-0869083호의 "다이어트 효과를 갖는 캡사이신의 변화물질을 생산하는 바실러스 서브틸리스 균주 및 캡사이신에 의한 다이어트 효과와 동일한 매운맛이 완화된 캡사이신의 변화물질을 생산하는 방법", 한국 등록특허공보 제10-0945717호의 "고추 추출물을 발효공법에 의해 변형시킨 변형고추펙틴과 그 제조방법 및 용도", 한국 등록특허공보 제10-1065294호의 "고추발효액의 제조방법", 한국 등록특허공보 제10-1079260호의 "당조고추 발효 잎 차의 제조방법 및 그 제품", 한국 등록특허공보 제10-1080076호의 "발효오일 및 그 제조방법", 한국 등록특허공보 제10-1095853호의 "발효 고추 샐러드 드레싱의 제조방법", 한국 공개특허공보 제2011-0063012호의 "기능성 고추효소 및 제조방법" 등이 알려져 있다.
그러나 상기한 선행기술문헌들은 고추, 고추씨, 고추꼭지, 고추잎 등에 미생물을 이용하여 생물공정을 거쳐 발효산물 및 미생물 2차대사산물 조성물에 대한 특허등록 및 공개중인 문서는 존재하지 않을 뿐만 아니라, 특히 고추에 함유성분 중 매운 성분인 캡사이신(capsaicin)으로 인하여 인체내의 이용에 어려움이 있으며, 고추와 부산물 등을 여러 가지 형태로 제형의 변화가 어려울 뿐만 아니라, 생물공정을 거친 후 유효성분을 온전하게 보존할 수 없어 대량으로 가공하여 양산하기에 곤란하므로 이를 활용하는데 있어 그 한계성을 보이고 있다.
한국 등록특허공보 제10-0567570호 "고추술의 제조방법" 한국 등록특호공보 제10-0777627호 "고추성분이 함유된 동동주 및 이의 제조방법" 한국 등록특허공보 제10-0869083호 "다이어트 효과를 갖는 캡사이신의 변화물질을 생산하는 바실러스 서브틸리스 균주 및 캡사이신에 의한 다이어트 효과와 동일한 매운맛이 완화된 캡사이신의 변화물질을 생산하는 방법" 한국 등록특허공보 제10-0945717호 "고추 추출물을 발효공법에 의해 변형시킨 변형고추펙틴과 그 제조방법 및 용도" 한국 등록특허공보 제10-1065294호 "고추발효액의 제조방법" 한국 등록특허공보 제10-1079260호 "당조고추 발효 잎 차의 제조방법 및 그 제품" 한국 등록특허공보 제10-1080076호 "발효오일 및 그 제조방법" 한국 등록특허공보 제10-1095853호 "발효 고추 샐러드 드레싱의 제조방법" 한국 공개특허공보 제2011-0063012호 "기능성 고추효소 및 제조방법"
상기와 같은 종래의 문제점들을 근본적으로 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎 등을 발효 미생물을 이용하여 고체/액체 발효 생물공정을 거쳐 발효산물을 취득하여, 고추의 유용성분이 함유된 소스원료 및 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있고, 고추의 유용성분이 최대한 인체내에 쉽게 흡수 가능하여 저비용으로 고부가성 물질을 대량 가공으로 양산 가능한 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법을 제공하려는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎을 주원료로 하여 세척하는 제1단계; 상기 제1단계의 고추와 부산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균하는 제2단계; 상기 제2단계의 고추와 부산물을 배양조 상에서 발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 혼합물을 생성하는 제3단계; 상기 제3단계의 혼합물을 발효실 상에서 인큐베이터를 이용하여 고체 상태에서 1차 생물반응을 거쳐 발효물을 생성하는 제4단계; 상기 제4단계의 발효물을 건조하여 절단 및 파쇄하고, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균하는 제5단계; 상기 제5단계의 발효물을 발효조 상에서 식용발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 발효혼합물을 생성하는 제6단계; 상기 제6단계의 발효혼합물을 생물반응기(bioreactor) 상에서 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제7단계; 상기 제7단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 식용발효미생물을 멸균하는 제8단계; 상기 제8단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제9단계; 및 상기 제9단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제10단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제2,5,8단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제3단계는 고추와 부산물에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)를 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~30%를 추가하여 혼합물을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제4단계는 혼합물을 인큐베이터의 온도 10~60℃와, 습도 50~85%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 고체 상태에서 생물반응으로 발효하여 발효물을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제6단계는 발효물에 식용발효미생물인 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 락토바실러스(Lactobacillus)속을 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 2:1 ~ 1:1 비율로 배합하여 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 3~5%를 추가하여 발효혼합물을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제7단계는 발효혼합물을 생물반응기의 온도 10~60℃와, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 2~60일간 생물반응으로 발효하여 액상화된 발효산물을 생성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎 등을 발효 미생물을 이용하여 고체/액체 발효 생물공정을 거쳐 발효산물을 취득함에 따라, 고추의 유용성분이 함유된 소스원료 및 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 고추의 유용성분이 수용성 및 가용성 물질로 변환되어 피부모공과 장내에 쉽게 흡수되고, 저비용으로 고부가성 물질을 대량 가공으로 양산 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 고추 및 부산물을 이용하여 발효산물을 제조하기 위한 전체적인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 고추 및 고추의 부산물인 고추씨, 고추꼭지, 고추잎을 이용하여 발효산물을 제조하는 방법에 관련되며, 간략하게 설명하면 세척, 멸균, 발효미생물 투입, 1차 생물반응에 의한 고체발효, 절단/파쇄, 멸균, 식용발효미생물 투입, 2차 생물반응에 의한 액체발효, 멸균, 여과, 농축, 건조단계를 거쳐 고추 및 부산물 발효산물을 제조된다.
본 발명의 제1단계는 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎을 주원료로 하여 세척한다. 제1단계는 주원료를 세척하는 세척단계로, 고추 및 부산물인 고추씨, 고추꼭지, 고추잎을 주원료로 하여 세척하며, 품질 안정과 생산성 향상을 위한 자동화 장치를 도입한다. 여기서, 제1단계에서는 고추 및 부산물인 씨, 꼭지, 잎은 세척한 다음 건조하지 않은 상태에서 제공한다.
본 발명의 제2단계는 상기 제1단계의 고추와 부산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균한다. 제2단계는 고추와 부산물을 멸균하는 멸균단계로, 제1단계에서 세척한 고추와 부산물에 잔여되어 있는 잡균을 멸균하며, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제2단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균을 멸균한다. 이는 세척단계를 거친 고추와 부산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 원활한 생물반응을 위해 잡균을 멸균한다. 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121도℃에서 10분~30분간, 132℃에서 10분~30분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 이보다 처리온도가 80℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 잡균을 멸균한다.
본 발명의 제3단계는 상기 제2단계의 고추와 부산물을 배양조 상에서 발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 혼합물을 생성한다. 제3단계는 혼합물을 생성하는 혼합물생성단계로, 고추와 부산물 주원료에 발효미생물, 증류수 및 질소원과 탄소원을 혼합하여 혼합물을 생성하며, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 해당 공정을 자동화한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제3단계는 고추와 부산물에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)를 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~30%를 추가하여 혼합물을 생성한다. 이는 급속 멸균과정을 거친 고추와 부산물을 고체화하기 위해 발효미생물 중 유용성이 입증된 버섯균주(구름버섯, 꽃구름버섯, 상황버섯, 말굽버섯, 동충하초)를 증류수와 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 혼합하여 1차 생물반응(고체발효)이 잘 이루어지도록 한다.
즉, 이들을 후술하는 액상화된 발효산물을 생성하기 위해 고추와 부산물에 1차적으로 배양조(급속배양기인 쉐이킹 인큐베이터)상에 상기의 발효미생물을 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 대량으로 배양한 다음 증류수와 서로 혼합하는데, 고추와 부산물에 증류수를 1:1 비율로 배합되도록 고루 잘 섞어준다. 이어서, 질소원과 탄소원을 각각 5~30%를 추가하여 발효미생물이 활동하기 좋도록 고루 잘 섞어주어 혼합물을 생성한다. 여기서, 질소원은 미강, 보리가루, 밀기울 중에서 1종을 택일하고, 탄소원은 사카로스, 말로즈, 올리고당 중에서 1종을 택일하여 생물반응이 잘 이루어지도록 혼합한다.
한편, 발효미생물로 사용되는 버섯균주 중 담자균류가 생성하는 2차대사산물에는 다른 균류에는 볼 수 없는 특징을 가지고 있다. 즉, 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)는 많은 대사산물을 가지고 있다. 이는 1차대사산물은 생물의 생존에 필수적인 물질로서 생리적 의의는 밝혀져 있으나 2차 대사산물의 의의는 아직 불명확하다. 외적에 대한 방어물질로서 항생물질로 연구가 되고 있으며, 생리활성에 대한 산물로 항 종양성 다당류, 항바이러스 물질, 항균성 물질, 효소저해제, 핵산관련물질, 아미노산 관련물질, 유기산, 식물 호르몬류, 그 외의 생리활성 물질로 펩타이드나 단백질계의 생리활성 물질들로 곤충, 선충, 점균 등에 작용하는 물질, 식물 생육저해물질, 비타민 B1 파쇄물질, 약리활성 물질 등 아직도 밝혀지지 않는 많은 부분들이라고 볼 수 있다.
본 발명의 제4단계는 상기 제3단계의 혼합물을 발효실 상에서 인큐베이터를 이용하여 고체 상태에서 1차 생물반응을 거쳐 발효물을 생성한다. 제4단계는 발효물을 생성하는 고체발효단계로, 발효실 상의 인큐베이터에서 고체 상태의 혼합물을 1차 생물반응을 거쳐 발효물을 생성하며, 품질 안정을 위해 해당 공정을 자동화한다. 여기서, 말하는 고체 발효를 위한 발효실은 무균시스템으로 되어 있고, 온습도가 자동으로 조정되어 발효미생물이 고추와 부산물, 발효에 필요한 질소원와 탄소원의 조성물이 미생물의 심부배양과 발효가 동시에 이루어지는 인큐베이터를 말한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제4단계는 혼합물을 인큐베이터의 온도 10~60℃와, 습도 50~85%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 고체 상태에서 생물반응으로 발효하여 발효물을 생성한다. 이는 혼합물을 밀폐된 발효실에서 온도 10~60℃, 습도 50~85%가 유지되도록 자동으로 관리하는 인큐베이터에 투입하여 2~60일간 발효과정을 거쳐 수분율이 거의 없는 상태에서 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)가 원활한 1차 생물반응으로 발효작업을 수행하여 유용물질이 생성할 수 있도록 하여 고체화된 발효물을 생성한다.
본 발명의 제5단계는 상기 제4단계의 발효물을 건조하여 절단 및 파쇄하고, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균한다. 제5단계는 발효물을 절단 또는 파쇄한 다음 멸균하는 파쇄/멸균단계로, 특히 발효물을 절단 및 파쇄함에 있어 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다. 이는 발효물을 1차적으로 건조기를 이용하여 건조한 다음 절단기 또는 파쇄기를 이용하여 2~3㎜로 생성하고, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제5단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 발효미생물을 멸균한다. 이는 1차 생물반응을 거친 발효물을 건조한 다음 절단기 또는 파쇄기를 이용하여 2~3㎜의 크기로 생성한다. 이어서, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 파쇄물에 함유되어 있는 발효미생물인 구름버섯, 꽃구름버섯, 상황버섯, 말굽버섯, 동충하초들을 멸균한다. 한편 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121도℃에서 10분~30분간, 132℃에서 10분~30분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 상기 제2단계와 마찬가지로 이보다 처리온도가 80℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 발효미생물을 멸균한다.
본 발명의 제6단계는 상기 제5단계의 발효물을 발효조 상에서 식용발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 발효혼합물을 생성한다. 제6단계는 발효혼합물을 생성하는 발효혼합물생성단계로, 즉 제4단계의 1차 생물반응을 거친 발효물에 식용발효미생물, 증류수 및 질소원과 탄소원을 혼합하여 발효혼합물을 생성하며, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 해당 공정을 자동화한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제6단계는 발효물에 식용발효미생물인 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 락토바실러스(Lactobacillus)속을 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 2:1 ~ 1:1 비율로 배합하여 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 3~5%를 추가하여 발효혼합물을 생성한다. 이는 급속 멸균과정을 거친 발효물을 액상(액체)화하기 위해 유용성이 입증된 토양미생물과 유산균 중 식용발효미생물(누룩곰팡이, 바실러스속, 락토바실러스속)을 증류수와 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 혼합하여 2차 생물반응(액체발효)이 잘 이루어지도록 한다.
즉, 이들을 후술하는 액상화된 발효산물을 생성하기 위해 발효물에 1차적으로 배양조(급속배양기인 쉐이킹 인큐베이터)상에 상기의 식용발효미생물을 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 대량으로 배양한 다음 증류수와 서로 혼합하는데, 발효물에 증류수를 2:1 ~ 1:1 비율로 배합하여 발효물이 잠길 정도로 추가하여 후술하는 2차 생물반응이 잘 이루어지도록 고루 잘 섞어준다. 이어서, 질소원과 탄소원을 각각 3~5%를 추가하여 식용발효미생물이 활동하기 좋도록 고루 잘 섞어주어 발효혼합물을 생성한다. 여기서, 질소원은 미강, 보리가루, 밀기울 중에서 1종을 택일하고, 탄소원은 사카로스, 말로즈, 올리고당 중에서 1종을 택일하여 생물반응이 잘 이루어지도록 혼합한다.
본 발명의 제7단계는 상기 제6단계의 발효혼합물을 생물반응기(bioreactor) 상에서 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성한다. 제7단계는 액상(액체)화된 발효산물을 생성하는 액체발효단계로, 생물반응기에서 발효혼합물을 2차 생물반응을 거쳐 발효산물을 생성하며, 품질 안정을 위해 해당 공정을 자동화한다.
여기서, 말하는 액상(액체)화 발효를 위한 생물반응기는 특정물질이나 세포를 생산하기 위해, 비완전 무균 시스템과 완전 무균 시스템으로 나뉘며, 그 종류로는 연속 교반식 생물 반응기, 공기 부양식 생물반응기, 혐기성 생물반응기로 나뉘며, 본 발명에서 사용되는 생물반응기는 살균된 연속교반식 생물반응기를 말하는데, 생물반응기의 부피기준은 76%는 무 교반, 무 살균, 또는 호기성으로 설계된 것들이 사용되고 있으며, 무균유지가 가능한 생물반응기는 10%에 불가하다. 무균성 생물반응기는 항생제등의 고부가가치 산물에만 이용되고 있다. 본 발명에 사용되는 생물반응기(bioreactor)는 반응이 끝난 다음 급속 멸균 단계가 따르기 때문에 무 교반, 무 살균, 또는 호기성으로 설계된 것들을 사용하여 편리하고 저렴한 생물반응 작업을 제공한다. 액상(액체)화 발효단계는 생물공정 응용분야에 대표적으로 상용되는 작업인 물질재료분야인 생분해 가능한 식품 부가물, 미네랄추출물과 유사한 작업이 진행된다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제7단계는 발효혼합물을 생물반응기의 온도 10~60℃와, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 2~60일간 생물반응으로 발효하여 액상화된 발효산물을 생성한다. 이는 발효혼합물을 온도 10~60℃, pH 5.5~7로 유지하는 무압의 조건 하에서 자동으로 관리되는 생물반응기에 투입하여 2~60일간 식용발효미생물(누룩곰팡이, 바실러스속, 락토바실러스속)이 원활한 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성한다. 여기서, 액상화(액체)발효단계는 생물공정 응용분야에 대표적으로 상용되는 작업인 물질재료분야인 생분해 가능한 식품 부가물, 미네랄추출물과 유사한 작업이 진행된다.
즉, 발효실에서 1차로 고체 발효과정을 마친 발효물을 더욱 안전하게 식용 및 원료로 사용하기 위해 된장이나 메주와 김치의 발효에 많이 고착되어 이용되는 식용발효미생물 중 토양미생물인 누룩곰팡이, 바실러스속, 유산균은 고온성의 락토바실러스속들을 이용하여 액상 발효하는 것이다.
여기서, 유산균은 당류(糖類)를 분해하여 젖산을 만드는 작용(젖산발효)을 하는 세균의 총칭으로, 젖산발효를 일으키는 중요한 세균은 공 모양인 스트렙토코쿠스속(屬)과 막대모양인 락토바실루스속이다. 모두가 그램 양성이고 통성혐기성(通性嫌氣性)이다. 젖산발효에서는 6탄당 분자에서 2분자의 젖산이 생기는데, 이때 거의 부산물을 수반하지 않는 경우와 젖산 외에 알코올ㆍ아세트산ㆍ호박산ㆍ이산화탄소 등의 부산물을 수반하는 경우가 있다. 앞의 것을 정상 젖산발효 또는 호모젖산발효라고 하고, 여기에 관여하는 세균을 정상 젖산균이라 한다. 뒤에 것을 이형(異型)젖산발효 또는 헤테로젖산발효라고 하며, 여기에 관여하는 세균을 이형젖산균이라고 한다.
한편, 본 발명에 사용하고자 하는 토양미생물, 유산균, 진균은 특히 2차 대사산물에 있어서 화학구조의 다양성과 종의 풍부함으로 인하여 산업적으로 가장 중요한 미생물로 인식되어 있다. 물질대사산물은 1차 대사산물, 2차대사산물로 나뉘며, 1차대사산물이란 동, 식물, 미생물에 보편적으로 들어 있는 가공 아미노산, 당질, 지질, 핵산 등 생체유지에 기본적인 역할을 하는 물질을 말하며, 2차대사산물은 주로 식물, 미생물에서 나타나는 알칼로이드, 테르펜, 플라보노이드, 항생물질등의 다양한 화합물로 이들은 약용, 향료, 향장원료, 기능성 식품의 원료 등에 유용한 물질로 부각되고 있다. 앞으로도 토양미생물, 유산균, 진균은 새로운 균주의 분리, 유전자 기능 등을 통하여 생물소재 산업의 중요한 위치를 차지하고 있다.
본 발명의 제8단계는 상기 제7단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 식용발효미생물을 멸균한다. 제8단계는 액상화된 발효산물을 멸균하는 멸균단계로, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제8단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 식용발효미생물을 멸균한다. 이는 2차 생물반응을 거친 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 발효산물에 함유되어 있는 식용발효미생물인 누룩곰팡이, 바실러스속, 락토바실러스속들을 멸균한다. 한편 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121도℃에서 10분~30분간, 132℃에서 10분~30분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 상기 제2,5단계와 마찬가지로 이보다 처리온도가 80℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 식용발효미생물을 멸균한다.
본 발명의 9단계는 상기 제8단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축한다. 제9단계는 액상(액체)화된 발효산물을 여과 및 농축하는 여과/농축단계로, 특히 발효산물을 여과 및 농축함에 있어서 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다.
이는 발효산물을 1차적으로 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 여과한 다음, 2차적으로 증발 농축(evaporation)방법을 이용하여 고형분의 함량 25~60 Brix를 지니도록 농축한다.
즉, 발효가 완료된 액상(액체)화된 발효산물은 많은 부유물질과 불투명한 액체상태의 물질로 되어 있기 때문에 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 거의 여과시켜 고형분이 투명한 수용성 물질의 상태를 유지한다. 이어서, 액상(액체)화된 발효산물을 농축하는데, 농축(Concentration)이라 함은 용액으로부터 용매를 제거하여 용액의 농도를 높여주는 조작으로 증발 농축(evaporation)방법으로 용액을 비점(끓는점)까지 가열하여, 기화에 의하여 용액으로부터 수분을 제거하는 방법으로 고형분의 함량이 25~60 Brix로 농축한다. 이는 액상 반응된 발효산물은 많은 부유물질과 불투명한 액체상태의 물질로 되어 있기 때문에 고형분이 거의 여과되어 투명한 수용성 물질의 상태를 유지하는 것을 제공한다.
본 발명의 마지막 단계인 10단계는 상기 제9단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조한다. 제10단계는 농축된 발효산물을 건조 및 완성하는 건조/완성단계로, 특히 발효산물을 건조함에 있어서 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다.
이는 농축된 발효산물을 저장, 포장, 수송 등의 경비를 절감하고 액체부피를 줄여 가용성 성분의 농도를 높여 응용범위를 높이고, 넓혀 용도를 다양화시키고 저장성을 향상시키기 위해 함수분율이 5~7%가 되도록 스프레이 건조 분말로 제조한다. 즉, 농축된 발효산물을 스프레이 드라이어 분말로 건조함에 따라 저장, 포장, 수송 등의 경비를 절감하면서 액체부피를 줄여 가용성 성분의 농도를 높여 응용범위를 높이고, 고추의 유용성분이 함유된 소스원료 및 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등 다양한 원료에 활용할 수 있는 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있고 저장성을 향상하여 최적의 효용을 제공한다.
상기와 같이 고체발효와 액체발효의 생물반응 단계를 포함하는 발효를 거듭함에 따라 고추혼합물에 함유된 유효 물질의 분자의 사슬을 적은 단위로 끊어서 향장원료로 사용할 시 피부모공으로 흡수가 용이하게 만들고, 음용시 장내에 흡수가 용이하고 유효 성분이 인체에 더욱 효과적인 흡수를 제공 가능하고, 이외에도 소스원료, 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등에도 다양하게 병용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 발효산물을 제조하는 방법은 고추 및 고추의 부산물( 씨, 꼭지, 잎)의 대량 발효가공을 위하여 고추 및 그 부산물의 잡균을 멸균한 다음, 1차 생물반응 발효과정인 고체 상태에서 진균을 투입하여 고체발효과정을 거치고, 2차 생불반응 발효과정인 액상(액체)화 발효과정을 생물반응기를 이용하여 토양미생물과 유산균 중 누룩곰팡이, 바실러스속, 아스퍼질러스속을 투입하여 발효공정을 마친 발효산물은 2차에 걸쳐 발효가 되는 과정에 고추, 고추씨, 고추꼭지, 고추잎의 세포막이 파괴되어 불용성 물질들을 수용화 및 가용성 물질로 변환시키고 미생물들이 잘게 부수어 함유되어 있는 유효성분이 수용성으로 용해되고, 용해된 발효산물이 소스원료 및 식품원료를 비롯하여 화장품원료, 음용원료, 의약 외용제 원료 및 기능성식품 원료 등으로 사용할 때 체내에서 쉽게 흡수될 수 있는 조성물을 제공한다. 또한 미생물에 발효에 따른 비타민과 미생물간의 2차대사산물을 아울러 제공 가능하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 고추 및 고추의 부산물인 씨, 꼭지, 잎을 주원료로 하여 세척하는 제1단계;
    상기 제1단계의 고추와 부산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균하는 제2단계;
    상기 제2단계의 고추와 부산물을 배양조 상에서 발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 혼합물을 생성하는 제3단계;
    상기 제3단계의 혼합물을 발효실 상에서 인큐베이터를 이용하여 고체 상태에서 1차 생물반응을 거쳐 발효물을 생성하는 제4단계;
    상기 제4단계의 발효물을 건조하여 절단 및 파쇄하고, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균하는 제5단계;
    상기 제5단계의 발효물을 발효조 상에서 식용발효미생물과 증류수를 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 발효혼합물을 생성하는 제6단계;
    상기 제6단계의 발효혼합물을 생물반응기(bioreactor) 상에서 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제7단계;
    상기 제7단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 식용발효미생물을 멸균하는 제8단계;
    상기 제8단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제9단계; 및
    상기 제9단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제10단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2,5,8단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 80℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는 고추와 부산물에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)를 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~30%를 추가하여 혼합물을 생성하는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계는 혼합물을 인큐베이터의 온도 10~60℃와, 습도 50~85%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 고체 상태에서 생물반응으로 발효하여 발효물을 생성하는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제6단계는 발효물에 식용발효미생물인 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 락토바실러스(Lactobacillus)속을 10+1~ 10+7의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 2:1 ~ 1:1 비율로 배합하여 혼합한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 3~5%를 추가하여 발효혼합물을 생성하는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제7단계는 발효혼합물을 생물반응기의 온도 10~60℃와, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 2~60일간 생물반응으로 발효하여 액상화된 발효산물을 생성하는 것을 특징으로 하는 고추와 부산물을 이용한 발효산물을 제조하는 방법.
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